固體物理基礎(chǔ)6磁性和超導(dǎo)電性解讀

第六章浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云固體的磁性

Magnesium

ofSolid超導(dǎo)電性

Superconductivity浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云指南針

1086年1119年司馬遷《史記》描述黃帝作戰(zhàn)用宋朝沈括《夢(mèng)溪筆談》指南針的制造方法等宋朝朱或《萍洲可談》磁石羅盤(pán)用于航海記載最 著作《De

Magnete

》W.Gibert奧斯特電流產(chǎn)生磁場(chǎng)法拉弟效應(yīng)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體產(chǎn)生電流安培定律電磁學(xué)基礎(chǔ)電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等開(kāi)創(chuàng)現(xiàn)代電氣工業(yè)浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云18世紀(jì)19世紀(jì)磁性材料及磁性的研究歷史1907年P(guān).Weiss的磁疇和分子場(chǎng)假說(shuō)1919年巴克豪森效應(yīng)1928年海森堡模型，用量子力學(xué)解釋分子場(chǎng)起源1931年Bitter在顯微鏡下直接觀察到磁疇1933年加藤與武井發(fā)現(xiàn)含Co的永磁鐵氧體1935年荷蘭Snoek發(fā)明軟磁鐵氧體1935年Landau和Lifshitz考慮退磁場(chǎng),理論上預(yù)言了磁疇結(jié)構(gòu)1946年Bioembergen發(fā)現(xiàn)NMR效應(yīng)1948年Neel建立亞鐵磁理論1957年RKKY相互作用的建立1958年M?ssbauer效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1965年Mader和Nowick制備了CoP鐵磁非晶態(tài)合金1970年SmCo5稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)1984年NdFeB稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)Sagawa(佐川)1986年高溫超導(dǎo)體，Bednortz-muller1988年巨磁電阻GMR的發(fā)現(xiàn),M.N.Baibich1994年CMR龐磁電阻的發(fā)現(xiàn)，Jin等LaCaMnO31995年隧道磁電阻TMR的發(fā)現(xiàn),T.Miyazaki浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云原子的磁性角動(dòng)量：P磁化強(qiáng)度矢量：M為磁旋比在外加磁場(chǎng)H下浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云自旋電子學(xué)研究背景

巨磁阻效應(yīng)(GMR)標(biāo)志自旋電子學(xué)的出現(xiàn)；第一代自旋器件：巨磁阻讀頭

第二代自旋器件（半導(dǎo)體自旋器件）：使自旋極化的自旋源；將自旋注入到傳統(tǒng)半導(dǎo)體中稀磁半導(dǎo)體：磁極子的局域磁矩與電子（空穴）的自旋相互作用；與傳統(tǒng)半導(dǎo)體兼容，是良好的自旋源處理信息信息存儲(chǔ)、處理同時(shí)進(jìn)行稀磁半導(dǎo)體存儲(chǔ)信息磁性材料半導(dǎo)體電子的電荷現(xiàn)代信息技術(shù)電子的自旋第二代自旋器件浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云e

;2,01)等Pay上世紀(jì)的60年代,光學(xué)和電學(xué)特性,居里溫度(TC)在約為2

K

InMnAs(PRL,1992)和GaMnAs(APL,1996)TC~75

KGaMnAs的TC已經(jīng)達(dá)到170

K

(Nat. Mater.,2005)

Zener模型理論預(yù)測(cè)2000

Scienc隨后,首次實(shí)現(xiàn)室溫磁性(Co:TiOScience,2001;Co:ZnO,APL,20對(duì)過(guò)渡金屬M(fèi)n,Co,Fe,Ni,Cr,V摻雜ZnO,TiO2,SnO2,GaN,Ga等體系展開(kāi)研究,實(shí)現(xiàn)室溫磁性發(fā)現(xiàn)許多奇特低溫磁光性質(zhì)和磁傳輸,如巨Zeeman效應(yīng),巨Farad旋轉(zhuǎn),反常Hall效應(yīng),負(fù)GMR等sp-d

交換相互作用模型解釋DMS的磁性浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云DMS的研究概況磁性材料應(yīng)用舉例之一－磁記錄浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云磁性材料應(yīng)用舉例之一－磁記錄浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云磁性材料應(yīng)用舉例之一－磁記錄浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云超導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)及超導(dǎo)體的基本性質(zhì)浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云B=M+HB=0M=

－H浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云＝＝——浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云超導(dǎo)電性研究歷史浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云超導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)研究浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云一、超導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)研究1910’－1950’：Bragg方程和Laue方程已經(jīng)廣泛應(yīng)用，XRD晶體結(jié)構(gòu)研究極為普遍，XRD衍射結(jié)果表明超導(dǎo)態(tài)與正常態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)完全相同超導(dǎo)態(tài)是熱力學(xué)上的穩(wěn)定狀態(tài)N—S轉(zhuǎn)變不是由晶體結(jié)構(gòu)（原子排列）變化而引起的相變轉(zhuǎn)變高溫超導(dǎo)體簡(jiǎn)介浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云高溫氧化物超導(dǎo)體(Tc>77K)臨界溫度Tc

達(dá)到液氮溫度（77K）以上的超導(dǎo)材料稱為高溫超導(dǎo)材料1986年IBM蘇黎世實(shí)驗(yàn)室La-Ba-Cu-O

30K美、中、日科學(xué)家La-Ba-Cu-OSr-Ba-Cu-O

57K1987年休斯敦大學(xué)，朱經(jīng)武

中科院，趙忠賢Y-Ba-Cu-O

98K至今已發(fā)現(xiàn)至今已發(fā)現(xiàn)70余種高溫超導(dǎo)材料高溫氧化物超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有層狀鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)晶格結(jié)構(gòu)中存在

Cu-O層面——高溫超導(dǎo)體的導(dǎo)電平面氧含量和分布對(duì)性能有重要影響浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云高溫氧化物超導(dǎo)體的反常特性浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云電阻率的溫度特性：線性關(guān)系霍爾系數(shù)的溫度特性：隨溫度上升而單調(diào)下降光電導(dǎo)的反常特性超導(dǎo)能隙的各向異性電子——電子關(guān)聯(lián)性臨界磁場(chǎng)高，相干長(zhǎng)度卻很短反常特性無(wú)法用低溫超導(dǎo)理論(BCS

理論)來(lái)解釋，對(duì)超導(dǎo)理論的研究提出了新課題和新研究方向設(shè)備：研缽+電爐工藝：混勻原材料——燒結(jié)——研磨——成形——燒結(jié)——再研磨——成形——燒結(jié)……優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、實(shí)用、易于控制或改變合成條件產(chǎn)品,如優(yōu)質(zhì)大塊樣品，高質(zhì)量粉料高溫超導(dǎo)薄膜在基片上鍍膜——膜厚<100

nm涂布法機(jī)械熱加工法濺射法分子外延法照射法蒸汽淀積法混合法脈沖準(zhǔn)分子激光法蒸發(fā)法化學(xué)汽相沉積法高溫超導(dǎo)材料的制備浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云超導(dǎo)電性的應(yīng)用舉例浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云高溫超導(dǎo)實(shí)用化——誘人前景浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃靖云電力能源方面：輸電電纜、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器超導(dǎo)化超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)大型電機(jī)設(shè)備形狀與性能的革命能源工業(yè)：超導(dǎo)貯能調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷超導(dǎo)磁體約束的等離子體和可能產(chǎn)生的核聚變電子學(xué)方面：超導(dǎo)計(jì)算機(jī)研究：計(jì)算速度